基于Web的并联雕刻机远程汉字雕刻技术

　　潘概服务器服务器并联雕刻机随着计算机网络技术的发展，网络加工、网络制造等新的概念和方法已成为研究热点。曰本东京大学与美国乔治华盛顿大学联合开展了加工系统远程操作技术的研究，分别于1991年、1992年和1994年进行了3次机床异地加工远程操作的原理性试验，被称为〃从地球背面操作机床".3次试验虽然取得了预期效果，但仍然存在许多有待解决的理论和技术问题。另外，德国阿享工业大学开展了切削过程远程监控技术的研究；韩国Pohang理工大学于1996年建成了基于Internet的虚拟制造系统；美国麻省理工大学以Internet为基础正在开展远程加工和装配单元一体化研究。在我国，远程控制作业已开始受到重视，〃863〃计划中的智能机器人主题已将基于虚拟环境技术的遥控作业列为关键技术进行研究，但是针对制造加工系统的远程遥控作业的研究才起步不久。鉴于此，本文对基于Web的并联雕刻机远程汉字雕刻技术进行了研究，给出了系统的总体构成，对其中的关键技术进行了探讨和。工作原理如下：Web用户通过浏览器向Web服务器发出服务请求，所有用户请求均交由我们所开发的一个名为FrontController的avaServlet服务程序处理，它负责将所有用户的请求导向相应的处理功能。若是与雕刻机有关的请求，则通过雕刻机服务器向雕刻机控制器传送控制指令，完成相应的雕刻操作；若是与视频反馈有关的请求，则将请求导向图像服务器，在图像服务器上运行的图像采集程序负责实时采集和处理雕刻机视频信息（相当于一种服务，服务器一旦运行该服务即被启动），在该程序中直接将地址指向服务器上的采集卡地址，并创建了一个基于ava的媒体处理器，当请求到达时，该处理器的媒体流被发送到用户端以便满足其视频请求。FrontController通过多线程机制达到比CGI程序更好的性能，因为它一旦被加载就常驻服务器内存并通过多线程机制处理不同的用户请求，而常规的CGI程序通过多进程实现用户并发请求的处理，从而系统资源的消耗更多、效率更低。潘言息控制指令浏览器端服务器端抛亍装系统结构基金项目：河北省自然科学基金资助项目（F2004000252）；燕山大学博士基金资助项目（B170）1.2系统功能Web服务器向用户提供的功能包括运动控制、雕刻控制和视频反馈3部分。运动控制主要控制并联雕刻机完成直线、圆弧、椭圆、五角星等运动；雕刻控制主要完成实际汉字雕刻涉及的具体工作，包括待雕刻汉字信息录入、二值化、轮廓线提取、刀路生成、加工模拟、实际雕刻等，这部分是雕刻控制的核心部分，决定了雕刻的效果；无论在运动控制还是在雕刻控制过程中，用户都可通过启用视频反馈信息观测雕刻机的运行状态。上述功能除涉及实际控制雕刻机外的其它功能均可被多个Web用户同时使用。

　　1.3并联雕刻机及其与服务器的连接依据并联机构的特点，目前将其应用于未来加工领域的研究已成为热点，特别是在高刚度、高强度和高精度等场合。

　　本研究中的并联雕刻机本体采用新型6-PUS并联机构，同传统机构相比，它采用底座平台和三立柱布局形式，高刚性铸件框架结构，具有模块化程度高、精度高、造价底等优点。

　　机构动平台固定了雕刻用的刀具部分，刀具下方有固定被雕刻工件的夹持装置。

　　中的Web服务器选用高档PC机，主要完成向用户提供服务和控制雕刻机的功能，其主板上的有两块步进电机伺服控制卡，控制卡通过6-PUS并联机构机座上的步进电机实现对该机构的运动控制。另外，通过服务器主板上的图像采集卡与获取雕刻机图像信息的摄像机连接。

　　2关键技术2.1控制方式常规的直接控制和反馈控制方式不适合远程控制，本研究采用监督控制方式，此控制方式将操作人员置于控制结构闭环之外，从而减小了传输时延对整个系统的影响。远程Web用户向服务器提出服务请求，系统首先判断该请求的类型，若是常规的Web请求，则服务器上相应的ava类文件被下载到客户端，即图像处理、刀路规划等功能在客户端运行，若涉及到与雕刻机信息交互时则调用雕刻机服务程序，即实际控制功能由远端回路自己完成。在雕刻过程中，现场雕刻机的状态信息由服务器上的图像采集程序发送并被Web用户接收，使之可以看到雕刻的进展程度，便于及时控制。

　　2.2避免多用户同时雕刻的机制前文已述及，在系统提供的功能中，除实际控制雕刻机进行雕刻外，其它功能都可供多个用户同时使用，为了避免多个用户同时控制雕刻机，本文采用了操作系统中解决进程互斥的原理，具体如下：设置一公共变量作为信号量，任一Web用户在进行实际雕刻前，要测试该信号量的状态，若为"0"，则允许控制雕刻机；若为1则不能控制雕刻机，并提示雕刻机忙的信息。一旦某一用户控制雕刻机后，则将该信号量置"1"，封锁其他用户的使用，这样可保证系统的可靠性。

　　2.3雕刻作业的实时控制进行雕刻作业过程中，可能会由于各种原因而使操作人员提前结束整个雕刻任务，这就要求服务器在进行雕刻控制的同时有能力响应新的请求，由于本系统中服务器上运行了―个专门处理客户请求的服务程序FrontController（见1.1节），因此可以响应新的Web请求。系统通过设置一公共变量，并根据用户请求及时修改该变量的值，而雕刻机控制程序在每次发送控制脉冲前检测该变量的状态（雕刻机在完成雕刻作业过程中需进行大量插补计算，并根据插补结果确定每次需要发送的脉冲数），从而实现了雕刻作业的实时控制。

　　另外，为了确保只有提交作业的用户才具有结束任务的资格，故在每次雕刻任务提交成功时，系统同时返回给客户端一个唯一的ID，当客户再提交终止命令时，需要同时提交个任务ID，系统会比较这个ID是否同正在执行任务的ID一致，若一致则雕刻作业被终止，否则提示提示该客户没有结束任务的权限。

　　2.4视频信息实时传输技术研究与传统的单帧图像传输相比，视频的实时传输有以下问题需要解决。首先，由于视频信息的数据量非常大，故需对采集的原始图像信息进行压缩；其次，需要在网络负载变化和延时不确定的情况下保持图像的连续性；再次，对于Internet上多变的网络结构、多种类型的操作系统，如何使视频流顺利地传输到客户端，并且被客户端成功地接收播放等都是系统的关键问题。

　　为了对远程雕刻机的现场信息进行实时反馈，需要服务器端发送持续稳定的数据流，客户端接收并播放该信息，因为开发工具，MF是SUN公司开发的流媒体应用程序接口，SUN通过它向ava中引入多媒体的能力。由于在MF中提供了RTP与传输层的接口，故可方便地开发多媒体应用程序，只要有支持VFW（VideoforWindows）类型的图像采集卡即可用MF实现视频信息的实时采集和传输。在具体实现过程中，考虑系统工作的可靠性我们选用比较成熟的PEG技术作为压缩方案。另外，为了消除或缓解网络负载变化和延时不确定对视频传输带来的影响，避免视频图像传输的不连续和抖动，需要对视频图像的传输过程进行实时控制，即需要对网络负载和网络延时状态进行监测并动态调整视频图像的传输质量和速度以满足其实时性。在系统的实际实现过程中，通过在RTP会话期间周期性地发送一些RTCP包来监听视频传输的质量，并以此作为网络性能的指示器。当网络负载变重、延时变大时，通过降低视频图像的压缩质量因子来保证图像传输的连续性。由于视频图像实时传输的目的只是帮助Web用户监视雕刻机的运行状态，故为了保证视频信息的连续性而适当降低图像的质量也是值得的。为了适应Internet上复杂的网络环境，在实际实现过程中采用"请求-传送"机制，即服务器端监听Web用户的请求，当用户请求的数据包到达后得到目标端的地址和端口，并依此信息构件底层的数据包，发送视频流。

　　如果没有VFW类型的图像采集卡或不用MF实现视频信息的实时传输时，也可充分发挥ava语言本身的网络特性及用IP组播实现上述功能，此时，视频图像的采集和处理等功能完全由我们自己开发的程序实现，这也是造成后面测试中该方案速度较低的主要原因。另外，组播除了是把数据包发送给组播分组而不是单个的接收者之外，在其它方面它同UDP（UserDatagramProtocol）非常相似。这时，负责处理雕刻机状态信息的图像服务器程序只负责向一个IP组播地址发送数据，而所有的用户都可从从该地址获取他们想要的视频信息，服务器避免了因向需要服务的每个用户提供一个线程而影响了其性能。此外，为了解决数据丢包和包顺序的问题，按照RTP协议的建议（RFC1889）简单地实现了RTP协议，并将该实现建立在UDP协议之上，即在发送前将RTP数据RTP数据包的头信息RTP包的有效负载帧序列号（时间戳）帧内包序列号视频数据包封装在UDP数据包的有效负载中。

　　由于系统中目前只有视频一种媒体和一个数据源，不存在多种媒体同步和不同数据源同步的问题，我们设计的RTP包的结构如下：为了实现视频信息的连续传送，在服务器端设置的策略是尽可能快地发送视频帧，而具体的发送速度则由服务器的性能所决定。接收端Applet为使接收和播放视频功能不相互冲突而用多线程实现。

　　3雕刻的内容，〃圆弧运动"等其它功能与此类似。

　　基TVfeb的并联m刻机通汉字雕刻系统hBSi今今汉字雕刻时系统的运行界面直线运动请输入目标点位置T自由移动T差补运动「局精善补差补直线运动时需提交的参数4结束语基于Web的并联雕刻机远程汉字雕刻技术的实现，可以让未接受专业训练的普通Web用户实现远程汉字雕刻功能，从而实现网络加工、远程加工的功能，并可逐步扩展到汉字之外的其它加工领域。若将并联雕刻机装置换为机器人则可模拟进行空间或水下机器人作业。此外，将这种技术推广到工业领域中可以实现虚拟工厂和虚拟制造，也可用之进行远程科学。

　　同时中间过程的一些计算结果按照指定的格式和路径保存在PC中。

　　表观反射率：uim'“入处辐射大气内反射：环境：像素：s.叫川计算结果4结束语从实际测试结果看，整个系统很好地完成了预期设计目标，能在野外快速、稳定地工作。6S算法的核心处理部分由DSP系统完成，增强了系统的保密性，防止了非法拷贝，维护了软件版权拥有者的利益，所给出结果同纯软件系统所出结果基本吻合。